Geçen yıllar içerisinde mevcut üretim tesislerinde kapasite artarken, üretime yeni hatlar eklenmiş, arıtma tesisleri maalesef bu gelişime adapte edilmemiştir. Kanuni kısıtlamalarda göz önüne alındığında pek çok arıtma tesisi yetersiz kalmaya başlamış, zaten aşırı yüklenmiş olan biyolojik arıtma üniteleri ihtiyaca cevap veremez hale gelmiştir.

Biyolojik arıtma sistemlerinin geliştirilmesi için klasik yaklaşım yeni havuzlar inşa edilmesi veya havuzların büyütülmesi şeklindedir.

Bu makale mevcut tesislerin minimum değişiklik ve yatırım yapılarak, eldeki imkânların maksimum kullanımı ile güncel ihtiyaçlara adapte edilmesi ile ilgilidir.

Pek çok durumda ön-arıtma veya ileri seviye bir ön-arıtma işlemi iyi sonuçlar sağlamaktadır.

Ayrıca suyun çamurdan ayrıştırılması işlemi, çöktürme yerine yüzdürme tekniği ile yapıldığı takdirde biyolojik reaktörlerin daha yüksek MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) (aktif biyokütle) seviyelerinde çalıştırılmasına, dolayısıyla kapasite artışına olanak sağlamaktadır.

İyi haber, mevcut biyolojik arıtma tesisinizin artmış yüklere rağmen ikinci bir şansının olduğudur.

Giriş

Endüstriyel biyolojik arıtma tesislerinin çoğu yaşlanmakta ve kapasite olarak yetersiz kalmaktadır. Fabrikaların üretim kapasitelerini arttırmaları sonucunda daha fazla atıksu oluşmakta, arıtma tesisleri bu gelişim sürecinde genellikle göz ardı edilmektedir. Tesisler kapasitelerinin üzerinde çalıştırıldığı zaman ise oksijen yetersizliğinden dolayı kötü kokular ve köpük problemleri ortaya çıkmaktadır. Bu durum genellikle havalandırma havuzunun yetersizliğinden kaynaklanır. Ancak bu noktaya gelindikten sonra bir şeyler yapılması gerektiğinin farkına varılır.

Çözümlerden biri yeni ve daha büyük kapasiteli bir tesis inşa etmektir. Bu da daha önce yapılmış yatırımın kısmen de olsa boşa gitmesi demektir.

Oysa pek çok durumda mevcut yapılarla birlikte kullanılmak üzere ek ekipmanların kullanılması biyolojik arıtmadan yeterli performansın alınmasını sağlayabilir.

Mevcut tesislerin yeni gereksinimlere göre adaptasyonu için doğru karar; tesisin orijinal tasarımı, yeni ihtiyaçlar, atıksu karakteri, çamur bertaraf zorunlulukları ve masrafları, fiziki genişleme imkanları vb. faktörler doğrultusunda verilebilir.

Bu makale flotasyon (yüzdürme) sistemlerinin biyolojik arıtma tesislerine kattığı esneklik ve dolayısıyla ikinci bir şans vermesi üzerine yoğunlaşmıştır.

DAF (Dissolved Air Flotation), yani çözünmüş hava ile yüzdürme sistemleri, flokülasyon ile kombine olarak kullanıldığı zaman çok çeşitli faydaları olabilir. Bu faydalara örnek olarak; arıtma tesisi üzerindeki yükü azaltmak, biyolojik arıtma havuzlarındaki MLSS'in (Mixed Liquor Suspended Solids), dolayısıyla biyokütle miktarının yüksek tutulmasına imkân sağlamak, aktif çamur çöktürme havuzlarındaki yükü azaltmak, ön-arıtma'yı aktif çamur yoğunlaştırma ile kombine etmek ve benzerleri verilebilir.

Öncelikle DAF teknolojisinin detayları verildikten sonra koagülasyon ve flokülasyon ile kombine edilmiş halinin çeşitli kullanım seçenekleri anlatılacaktır.

DAF Teknolojisi

DAF (Dissolved Air Flotation), yani çözünmüş hava ile yüzdürme teknolojisi, kendisini katı madde ve yağ giderimi konularında kanıtlamış, çok başarılı ve verimli bir sistemdir.

Arıtılmış suyun bir kısmı özel olarak seçilmiş bir pompa tarafından 5 bara kadar basınçlandırılarak geri sirküle edilir. Bu esnada basınçlı bir tüp içerisinde hava su içerisinde çözündürülür. Bilindiği üzere gazlar yüksek basınçlı ortamlarda sıvı içerisinde daha fazla çözünebilme özelliğine sahiptir. 5 bar basınçta hava, suyun içerisinde atmosferik basınca kıyasla 5 kat daha fazla çözünecektir.

Su ve hava karışımı özel nozullar vasıtasıyla sisteme beslenir. Basınçlı ortamdan çıktığı anda serbest kalan hava sudan ayrışarak düşük basınçtaki çözünürlüğü ile dengelenir. Bu prensip çerçevesinde işlem uygun şekilde yapıldığı takdirde büyük miktarda ince hava kabarcığı üretilmiş olur. Üretilen bu hava kabarcıkları 30 ila 50 mikron çapında olup çok yavaş bir hızla yükselirken su içerisindeki katı maddeleri de yukarı taşır. Yüzeyde oluşan çamur tabakası mekanik sıyırıcı tarafından sıyrılarak alınır.

Uygulamanın tipine göre farklı özelliklere sahip DAF üniteleri seçilebilir. Yüksek katı madde (aktif çamur) içeren sularda daha büyük yüzey alanına sahip DAF ünitesi, yüksek debide olup daha düşük katı madde içeren sularda ise kompakt boyutlardaki paralel plakalı DAF üniteleri kullanılabilir.

Koagülasyon ve Flokülasyon

Çözünmüş ve emülsifiye yağ ve gres, çözünmüş proteinler, disperse katı maddeler biyolojik arıtmanın kirlilik yükünü önemli ölçüde arttıran kirleticilerdir. Tek başına DAF teknolojisi ile serbest ayrıştırılabilir maddeler sudan ayrılabilir fakat yukarıda bahsettiğimiz parametrelerin giderimi daha zordur. Bunları sudan ayırmak için metal tuzlarıyla, organik koagülantlarla veya asit koagülasyonuyla ön işlemin ardından polimerlerle flokülasyon yapılabilir. Bu sayede biyolojik arıtmanıza gidecek olan kirlilik yükü önemli bir şekilde azalacaktır. Kullanılacak koagülant ve flokülantlar boru tipi flokülatörün içerisine dozlanarak boru içerisinde floklar oluşturulur ve bunlar DAF ünitesinde sudan ayrılır.

Atıksu Arıtma Temel Konfigürasyonu

Biyolojik arıtma kapasitesinin nasıl geliştirilebileceğini daha iyi anlatabilmek için;

bir dengeleme tankı, opsiyonel bir çöktürme havuzu, anoksik havuzla da entegre bir biyolojik arıtma havuzu ve son çöktürme havuzundan oluşan temel konfigürasyon Şekil 1'de gösterilmiştir.

Kapasite Artırımı Opsiyonları

Ön-Arıtma (DAF) ile yük azaltılması

Biyolojik arıtma, temel olarak çözünmüş organik maddenin giderilmesi için iyi bir yöntemdir. Ancak askıdaki katı maddeler yükü arttırır ve bunların biyolojik arıtma tarafından hidrolize edilmesi ve hazmedilmesi çok daha uzun zaman alır. Bunlar tesisin işleyişini negatif olarak etkiler.

Kimi durumlarda atıksu içerisinde yüksek miktarda inorganik katı maddeler de bulunabilir. Bunların biyolojik arıtma öncesi ayrılması gerekir. Bunun tek yolu aktif çamurla birlikte giderilmesidir. Eğer inorganik katı madde oransal büyüklüğü biyokütle büyüme oranı kadar ise giderilecek katı madde içerisinde % 50 inorganik katı madde ve % 50 biyokütle olacaktır. Bu durumda biyolojik arıtma içerisinde de bu oran oluşacaktır. Yani biyolojik havuz içerisindeki MLSS'in (Mixed Liquor Suspended Solids) ancak % 50'si istenen biyokütle olacaktır. Bu da biyolojik arıtmanın aşırı yüklenmesi anlamına gelir.

DAF sistemi sayesinde bu katı maddelerin asgari % 50'si ve eğer varsa yağ ve gresin serbest olan kısmı biyolojik havuz öncesinde giderilmesi mümkündür. Bu işlemin toplam etkisi % 50'den çok daha fazla olacaktır. Çünkü biyolojik arıtma tarafından arıtılması en zor olan kısımlar sudan ayrılmış olacaktır. Aynı zamanda biyolojik arıtma içerisinde MLSS muhteviyatındaki aktif biyokütle artacağı için, kg aktif biyokütle başına düşen yük yani F/M (besin/mikroorganizma) oranı azalacaktır.

Ön-Arıtma (Flokülatör ve DAF) ile yük azaltılması

Flokülasyon ve flotasyon ünitesinin birlikte kullanılması bir önceki opsiyonun daha da geliştirilmiş halidir. DAF ünitesine entegre olarak bir flokülatör eklenmesi oldukça kolay bir işlemdir.

Atıksuyun cinsine ve kullanılan koagülantın tipine göre çeşitli giderim verimlerine ulaşmak mümkündür. Bu sistem sayesinde proteinler, yağ ve gres, disperse katı maddeler verimli bir şekilde sudan ayrılabilir.

Tipik performans değerleri:  (KOİ giderimi bazında)

• Mezbahalar ve kesimhaneler                  % 70-75
• Tavuk vb. beyaz et kesimhaneleri          % 80-85
• Süt endüstrisi ve peynir endüstrisi         % 40-60
• Rafineriler                                                   % 30-70
• Kağıt endüstrisi                                          % 30-80
• Tekstil endüstrisi                                        % 20-70

Flokülasyon ve flotasyon sistemi çıkışındaki su genellikle berrak ve tüm görülebilir parçacıklardan ayrılmıştır. Bu biyolojik arıtmayı sağlayacak bakteriler için ideal bir durumdur. Flokülasyon ve flotasyon sistemiyle ilgili dikkat edilmesi gereken noktalardan biri BOİ ve azotun birbirine oranıdır. Kimi zaman N (Azot) +  P (Fosfor) gibi besinlerin eksikliği oluşabilir.

Son çöktürme havuzundan sonra veya paralellinde DAF kullanılması

Eğer mevcut çöktürme havuzu aşırı yüklenmiş durumda ise ve mevcut saha daha büyük bir çöktürme havuzunun inşaatına müsait değilse, DAF kullanımıyla çöktürme havuzunun yükünü azaltmak mümkündür. Çözümlerden bir tanesi DAF ünitesini çöktürme havuzuna paralel olarak kullanmaktır. Bu sayede çöktürme havuzu üzerindeki hidrolik ve katı madde yükü azalacaktır. DAF sistemi konvansiyonel çöktürme havuzlarına göre 4 -5 kat daha küçüktür. Düz bir beton satıh üzerine rahatça yerleştirilip havalandırma havuzundan bir pompa ile beslenebilir.

Daha az tercih edilen bir diğer alternatif ise, hidrolik yükün tamamını alacak kapasitede bir DAF ünitesini çöktürme havuzunun çıkışına yerleştirerek, çöktürme havuzundan kaçan katı maddelerin yakalanmasıdır. Bu yöntem daha az tercih edilir çünkü çöktürme havuzundan kaçacak maddelerin miktarını tahmin etmek oldukça güçtür. Eğer DAF ünitesi hidrolik yükün tamamını alacak kapasitede yapılmışsa çöktürme havuzunun tamamen iptal edilmesi söz konusu olur. Zaten bir sonraki opsiyon bu olacaktır.

 5.4 Son çöktürme havuzu yerine DAF ünitesi kullanılması

Biyolojik reaktör içerisindeki arıtılmış sıvıdan, askıdaki katı maddeyi (Mixed Liquor'dan biyokütleyi) ayırmanın genel yöntemi çöktürmedir. Aşırı yüklenmiş veya tersine gereğinden az yüklenmiş sistemlerin her ikisinde de bakterilerin çöktürülmesinde problem yaşandığını görülmektedir. Ayrıca yoğun miktarda filamentli bakteri, toksik şoklar gibi etkiler de çökelme konusunda problem yaratır. DAF sistemindeki çözünmüş hava kullanımı floklara yüzeye çıkmaları için yüksek itici güç iletir. Bu çöktürme işlemindeki doğal kuvvetten çok daha fazladır. Bunun yanında DAF ünitesi yüzeyinden sıyırıcı vasıtasıyla elde edilen yoğunlaştırılmış çamur yaklaşık olarak % 3-4 kuru madde içerir, bu rakam konvansiyonel çöktürme havuzlarından çıkan çamura kıyasla 4-6 kat daha konsantredir.

Bu yöntemle tesis kapasitesi genellikle %50-100 arasında arttırılabilmektedir.

Bu işlemle birlikte genellikle havalandırma sisteminin geliştirilmesi de gerekecektir. Eğer yüzeysel aeratörler mevcutsa yerlerinin değiştirilerek yenilerinin eklenmesi şeklinde değişiklik yapılabilir. Eğer membranlı bir havalandırma sistemi mevcutsa buna eklemeler yapılması veya özel deflektörlü yüzeysel aeratörlerle desteklenmesi yoluyla daha fazla hava beslenmesi sağlanabilir.

Sonuç

Yukarıda anlatılan opsiyonlar mevcut tesislerde kapasite artırımı için kullanılabilecek çözümlerin sadece genel bir özeti şeklindedir. Bu kısa yazıda bunların detaylarına girmek mümkün değildir. Öncelikle mevcut tesis incelenerek en uygun iyileştirme yöntemi tasarlanmalıdır.

Burada en önemli husus elimizdeki tesisten tam olarak faydalanarak daha fazlasını elde etmenin mümkün olduğudur.

Eğer konuyla ilgili daha detaylı bilgi almak isterseniz Nijhuis Water Technology ile veya Türkiye temsilcimiz A.C.T. ile direk temas kurmaktan lütfen çekinmeyiniz.

Yazan: Arie Kluit

Teknik Müdür, Nijhuis Water Technology B.V./Hollanda

Çeviri: Enis Çulha

Satış Mühendisi, A.C.T. Ltd.